P E R S B E R I C H T

Europese Zuidelijke Sterrenwacht (ESO)

---------------------------------------------------------------------------------------------------

25 maart 2010

90% van de verre sterrenstelsels wordt gemist

Astronomen weten al lang dat in veel onderzoeken naar het verre heelal
een groot deel van het licht niet wordt waargenomen. Een extreem deep-
sky survey met twee van de vier 8,2-meter telescopen van ESO’s Very
Large Telescope (VLT) en een speciaal gebouwd filter heeft nu
bevestigd dat een groot deel van de sterrenstelsels waarvan het licht
er 10 miljard jaar over doet om ons te bereiken inderdaad ongezien is
gebleven. Het onderzoek heeft ook enkele van de zwakste
sterrenstelsels ontdekt die ooit in het jonge heelal zijn gevonden.

Astronomen maken vaak gebruik van de karakteristieke vingerafdruk van
het licht van waterstofgas, ook wel bekend als de Lyman-alpha
spectraallijn, om het aantal sterren dat wordt gevormd in het verre
heelal [1] te onderzoeken. Men vermoedt al lang dat veel verafgelegen
sterrenstelsels in deze onderzoeken onopgemerkt blijven. Het nieuwe
VLT-survey laat voor het eerst zien dat dit het geval is. Veel van het
Lyman-alpha licht zit gevangen in het sterrenstelsel zelf, en 90% van
de sterrenstelsels is niet zichtbaar in Lyman-alpha onderzoeken.
“Astronomen wisten dat ze een deel van de sterrenstelsels niet
opmerkten  in Lyman-alpha survey”,  legt Matthem Hayes uit, de eerste
auteur van de paper die deze week in Nature verschijnt, “maar we
hebben het nu voor het eerst gemeten. Het aantal onontdekte
sterrenstelsels is aanzienlijk”.

Om te berekenen hoeveel van het totale licht ontbrak, gebruikten Hayes
en zijn team de FORS-camera op de VLT en een speciaal gebouwd filter
[2] om het Lyman-alpha licht te meten volgens de standaardmethode van
Lyman-alpha surveys. Daarna onderzochten ze, met de nieuwe HAWK-I
camera op een andere VLT-telescoop, het licht van gloeiend
waterstofgas uitgezonden op een andere golflengte, dat bekend is als
de H-alpha lijn. Ze keken specifiek naar sterrenstelsels waarvan het
licht 10 miljard jaar had gereisd  (roodverschuiving 2,2) [3], in een
vaak geobserveerd deel van het heelal, dat bekend staat als het ‘GOODS-
South field’.

“Dit is de eerste keer dat we een stukje van het heelal zo diep hebben
waargenomen in het licht dat afkomstig is van waterstof op deze twee
specifieke golflengten, en dit blijkt cruciaal”, zegt teamlid Göran
Östlin. Het survey heeft enkele van de zwakste sterrenstelsels in het
vroege heelal ontdekt. De astronomen concluderen dat eerdere
onderzoeken die zijn gedaan met behulp van Lyman-alpha  slechts een
fractie van het licht waarnemen, omdat de meeste Lyman-alpha fotonen
worden vernietigd door interactie met de interstellaire gas- en
stofwolken. Dit effect is nog veel duidelijker voor Lyman-alpha dan
voor het H-alpha licht. Maar liefst 90% van de sterrenstelsels wordt
daarom niet gezien in deze onderzoeken. “Als er tien sterrenstelsels
worden gezien, kunnen er wel honderd zijn”, zegt Hayes.

Verschillende waarnemingsmethoden, gericht op verschillende
golflengten, zullen altijd leiden tot een blik op het heelal die
incompleet is. Uit dit onderzoek komt een duidelijke waarschuwing voor
kosmologen naar voren, omdat er steeds meer naar de Lyman-alpha
kenmerken gekeken wordt bij het onderzoek naar vorming van de eerste
sterrenstelsels in de geschiedenis van het heelal. “Nu we weten
hoeveel licht we niet hebben gezien, kunnen we een veel nauwkeuriger
beeld maken van het heelal en beter begrijpen hoe snel sterren zijn
gevormd in de verschillende stadia van het leven in het heelal”, zegt
co-auteur Miguel Mas-Hesse.

Deze doorbraak was mogelijk dankzij de unieke camera die werd
gebruikt. HAWK-I, die ‘first light’ zag in 2007, is een ‘state-of-the-
art’ instrument. “Er zijn slechts een paar camera’s met een groter
gezichstveld dan HAWK-I, en die zitten op telescopen die slechts half
zo groot zijn als de VLT. Dus eigenlijk is alleen VLT/HAWK-I in staat
om zulke zwakke sterrenstelsels op deze afstanden efficiënt te
vinden”.  zegt teamlid Daniel Schaerer.

---------------------------------------------------------------------------------------------------

Meer informatie:

[1] Lyman-alpha licht komt overeen met licht uitgezonden door
geëxciteerd waterstof (specifieker, wanneer het elektron rond de kern
van het eerste geëxciteerde niveau naar de grondtoestand terugvalt).
Dit licht wordt uitgestraald in ultraviolet, op 121,6 nm. De Lyman-
alpha lijn is de eerste zogenoemde Lyman serie, genoemd naar zijn
ontdekker, Theodore Lyman. De Balmer-serie, genoemd naar Johann
Balmer, komt ook overeen met licht dat wordt uitgestraald door
geëxciteerd waterstof. In dit geval komt het elektron terecht op het
eerste geëxciteerde niveau. De eerste lijn in deze serie is de H-alpha
lijn, uitgestraald op 656,3 nm. Omdat de meeste waterstofatomen in een
sterrenstelsel zich in de grondtoestand bevinden, wordt het Lyman-
alpha licht efficiënter geabsorbeerd dan H-alpha licht, waar atomen
nodig zijn die een elektron op het tweede niveau hebben. Omdat dit
heel ongebruikelijk is in het koude interstellaire waterstofgas in
sterrenstelsels, is het gas bijna perfect doorzichtig voor H-alpha
licht.

[2] Een smalbandfilter is een optisch filter dat is ontworpen om
slechts een smalle bandbreedte van licht door te laten op een
specifieke golflengte. Traditionele smalbandfilters zijn ook
gecentreerd op de lijnen van de Balmer-serie, zoals H-alpha.

[3] Omdat het heelal uitdijt, wordt het licht van een verafgelegen
object naar het rood verschoven; hoeveel is afhankelijk van de
afstand. Dit betekent dat het licht verschuift naar langere
golflengten. Een roodverschuiving van 2,2 – wat overeenkomt met
sterrenstelsels waarvan het licht er ongeveer 10 miljard jaar over
heeft gedaan om ons te bereiken – betekent dat het licht is uitgerekt
met een factor 3,2. Het Lyman-alpha licht wordt dus gezien op ongeveer
390 nm, dichtbij zichtbaar licht, en kan worden waargenomen met het
FORS-instrument op ESO’s VLT, terwijl de H-alphalijn is verschoven
naar 2,1 micron in het nabij infrarood. Het kan dus worden waargenomen
met het HAWK-I instrument op de VLT.

Op
http://www.astronomie.nl/nieuws/1656/90_procent_van_verre_sterrenstelsels_wordt_gemist.html :
Beeld:
The GOODS-South field (c) ESO/M. Hayes

-----------------------------------------------------------------
Deze e-mail is verzonden aan abonnees van de lijst [log in to unmask]
Zie voor abonneren, adreswijzigen, opzeggen, zelf mailen, toegang archief op:
http://www.astro.rug.nl/~nvws/asmetlst.htm
-----------------------------------------------------------------